线粒体功能障碍与慢性肾脏病

张爱华南京医科大学附属南京儿童医院线粒体功能障碍与慢性肾脏病——从基础研究到临床转化研究背景ZhangL,etal.Lancet.2012慢性肾脏病已成为我国严重的公共健康问题患病率高进展快危害大患病率10.8%患病人数达到1.195亿儿童平均存活20年成人透析患者5年生存率34%儿童：人群总死亡率的30-150倍成人：居民十大死因之一为何慢性肾脏病会造成如此严重的后果？缺乏有效的早期预警指标和干预措施发病机制不清楚尿毒症南京儿童医院血液净化中心研究背景正常肾脏慢性肾脏病肾小球硬化肾小管间质纤维化致病因素：免疫炎症梗阻感染缺氧，等HarambatJ,etal.PediatrNephrol.2012WaradyBA.PediatrNephrol.2007研究背景肾小球足细胞足细胞损伤肾小球硬化肾小管上皮细胞上皮细胞损伤肾小管间质纤维化NiranjanT,etal.NatMed.2010RutledgeJC,etal.NatRevNephrol.2008高血压RAS活化炎症介质，等始发机制早期干预节点前移科学问题肾脏肾小球肾小球足细胞肾小管上皮细胞肾小管研究背景线粒体与肾脏固有细胞疾病：细胞死亡的促发器无ATP及能量致病因素Mitochondria:checkpointofcelllifeanddeath功能障碍线粒体：细胞生与死的开关正常：细胞内能量工厂糖氧气ATP能量细胞核线粒体结构与功能CircRes.2007Mar2;100(4):460-73.线粒体是体内ROS产生的最主要来源mtDNA复制与转录功能：能量工厂活性氧(ROS)编码13种呼吸链蛋白复合体I（NADH脱氢酶的ND1-6和ND4L亚基）复合体III（细胞色素b）复合体IV（细胞色素氧化酶I、II、III亚基）复合体V（ATP酶6、8亚基）PGC-1RespiratorycomplexinhibitionIncreasedROSlevelsmtDNAdeletionsandmutationsDecreasedATPlevelsDecreasedCa2+bufferingcapacityImpairedmitochondrialproteinimport线粒体功能障碍致病因素：免疫炎症高糖RAAS活化缺氧，等线粒体功能障碍ViciousCircle线粒体功能障碍研究假说线粒体功能障碍是否介导了慢性肾脏病的早期发生与进展？线粒体功能障碍介导慢性肾脏病早期发生与进展的分子机制？线粒体功能障碍能否成为慢性肾脏病早期诊断与干预的分子靶标？123研究内容线粒体功能障碍与肾足细胞损伤线粒体功能障碍与小管细胞损伤线粒体功能障碍介导肾损伤机制线粒体与慢性肾病早期诊治靶标第一部分线粒体功能障碍与足细胞损伤TerminallydifferentiatedcellsCommoncytoskeletalorganizationCommonmachineryofprocessformationBothexpressnephrin,Neph1andNeph2,GLEPP1,CAT3andEAAT2,drebrin,synaptopodin,andSam68-like-MP2NeuronPodocyte足细胞与神经元Therefore,inneurodegenerativedisorderssuchasParkinson'sdiseasemitochondrialdysfunctionandoxidativestressmaycauseorworsentheclinicalfeatures线粒体功能障碍与神经元退行性病变线粒体功能障碍与FSGS2000年，DolerisLM等首次报道了4例线粒体细胞病患者同时并发有局灶节段性肾小球硬化(FSGS)线粒体功能障碍与足细胞损伤和蛋白尿在醛固酮灌注肾损伤模型及体外培养的肾小球足细胞中，线粒体功能障碍先于蛋白尿和足细胞损伤AldostroneTreatmentMitochondrialDysfunctionPodocyteInjuryTimeCourseMitochondrialDysfunctionPodocyteInjury?科学问题MitochondrialDysfunctionPodocyteInjury?EtBrtreatmentTFAMKnockdownandoverexpressionPGC-1Knockdownandoverexpression0.00.20.40.60.81.01.2Cntl1d2d4d3d7dmtDNA/18SrRNAD**##EtBrw/oEtBr04080120Pre2d3d4d5d6d7dRelativeamount(%)mtDNATFAM科学问题020406080100120Cntl1d2d4d3d7dJC-1590/520nM(%)**##*EtBrw/oEtBr020406080100120Cntl1d2d4d3d7dJC-1590/520nM(%)**##*EtBrw/oEtBrEtBrw/oEtBr0.00.51.01.5nephrinpodocinP-cadherinZO-1mRNAexpressionCntlDepletedReverted**##线粒体功能障碍诱导肾小球足细胞损伤EtBr诱导线粒体功能障碍和足细胞损伤线粒体功能障碍诱导肾小球足细胞损伤TFAM与线粒体功能障碍和足细胞损伤敲低TFAM诱导线粒体功能障碍和足细胞损伤过表达TFAM阻断醛固酮诱导的线粒体功能障碍和足细胞损伤线粒体功能障碍诱导肾小球足细胞损伤PGC-1与线粒体功能障碍和足细胞损伤醛固酮抑制PGC-1表达，诱导PGC-1乙酰化敲低内源性PGC-1，诱导线粒体功能障碍和足细胞损伤过表达PGC-1，阻断醛固酮诱导的线粒体功能障碍和足细胞损伤MitochondrialDysfunctionPodocyteInjury?科学问题PGC-1PGC-1AcAcAcSIRT1AldoResveratrolCRFastinginactiveactive线粒体功能障碍的分子机制SIRT1与PGC-1活性调控醛固酮抑制肾小球足细胞中SIRT1表达SIRT1过表达或白藜芦醇诱导SIRT1活化，增加PGC-1表达，并抑制PGC-1乙酰化，活化PGC-1线粒体功能障碍的分子机制SIRT1活化阻断线粒体功能障碍和足细胞损伤SIRT1过表达或白藜芦醇诱导SIRT1活化，阻断醛固酮诱导的线粒体功能障碍和足细胞损伤线粒体功能障碍的分子机制SIRT1活化阻断线粒体功能障碍和足细胞损伤CntlAldoAldo+RSVCntlAldoAldo+RSVCntlAldoAldo+RSV白藜芦醇通过阻断线粒体功能障碍降低醛固酮灌注小鼠蛋白尿和足细胞损伤结论PGC-1PGC-1AcAcAc线粒体功能障碍SIRT1Xinactiveactive第二部分线粒体功能障碍与小管细胞损伤研究背景细胞表型转化与CKDEMTProinflammatorycytokines,growthfactors,VEGF-SMAcontractilityECMproteasesPAI-1,TIMPsLossofnormalcell-cellandcell-matrixjunctionsFibrillarcollagensI,III,VFibronectin肾小管上皮细胞表型转化EMTinkidneyinDOCA-salttreatedmiceEMTinAldotreatedRTECAlbumininducedEMTinRTECEMTinkidneyinalbumin-overloadmice肾小管上皮细胞线粒体功能障碍醛固酮诱导肾小管上皮细胞线粒体功能障碍白蛋白诱导肾小管上皮细胞线粒体功能障碍线粒体功能障碍介导肾小管上皮细胞EMT线粒体功能障碍与EMT线粒体功能障碍直接介导小管上皮细胞EMTCntlAlbuminAlb+MnTBAP保护线粒体功能，阻断醛固酮和白蛋白诱导的肾小管上皮细胞EMTP66shc与线粒体功能障碍及EMT线粒体功能障碍机制AmJPhysiolRenalPhysiol.2010;298(5):F1214-21醛固酮诱导p66shc磷酸化敲低内源性p66shc，阻断醛固酮诱导的肾小管上皮细胞线粒体功能障碍和EMTSIRT1/PGC-1线粒体功能障碍机制0.00.30.60.91.2Cntl24h48h72hmtDNA/18srRNA**D敲低内源性PGC-1，诱导肾小管上皮细胞线粒体功能障碍和EMT过表达PGC-1，阻断醛固酮诱导的肾小管上皮细胞线粒体功能障碍和EMTSIRT1/PGC-1线粒体功能障碍机制0.00.51.01.52.0VehiAldoA+SVehiAldoA+SJC-1590/520(foldovercontrol)*#D-PGC-1shRNA+PGC-1shRNA0.00.51.01.5CntlAldo102550NAMJC-1590/520nM(foldovercontrol)*#D##Aldo+RSV(μM)结论第三部分线粒体功能障碍介导CKD机制科学问题线粒体功能障碍肾小球硬化肾小管间质纤维化?研究背景炎症与肾脏病天然免疫作为机体第一道防御系统，可被许多刺激物激活，包括PAMPs和DAMPs模式识别受体(PRR)：通过识别PAMPs和DAMPs，激活下游信号通路，引起炎症反应及免疫应答Toll样受体(TLRs)视黄酸诱导基因-1样受体(RLRs)NOD样受体(NLRs)PediatricResearch.2012;71:626-632研究背景线粒体与NLRP3炎症小体活化MitochondrialcontroloftheNLRP3inflammasomeNatureImmunology12,199–200(2011)蛋白尿与NLRP3炎症小体活化肾组织中NLRP3表达白蛋白负荷小鼠肾组织中NLRP3炎症小体活化白蛋白诱导体外培养的肾小管上皮细胞中NLRP3炎症小体活化Nlrp3siRNA与肾小管上皮细胞损伤NLRP3炎症小体活化与肾损伤Nlrp3siRNA阻断体外培养的肾小管上皮细胞炎症小体活化及细胞损伤Nlrp3基因敲除与肾小管间质损伤NLRP3炎症小体活化与肾损伤Nlrp3、Caspase-1基因敲除减轻白蛋白负荷诱导的肾组织病理损伤线粒体功能障碍诱导NLRP3炎症小体活化线粒体与NLRP3炎症小体对话在白蛋白负荷小鼠肾组织以及体外培养的肾小管上皮细胞中，线粒体功能障碍诱导NLRP3炎症小体活化白蛋白负荷小鼠肾组织白蛋白刺激的肾小管上皮细胞NLRP3炎症小体活化诱导线粒体功能障碍线粒体与NLRP3炎症小体对话Nlrp3、Caspase-1基因敲除阻断白蛋白负荷小鼠肾组织中线粒体功能障碍结论ViciousCircle肾组织病理损伤线粒体功能障碍NLRP3炎症小体活化第四部分线粒体功能障碍与CKD分子靶标科学问题线粒体功能障碍能否成为慢性肾脏病早期诊断及干预的分子靶标?MW：12-13kDa，易透过肾小球滤过屏障早期血、尿中Cytc即可升高升高程度与肾组织病理损伤程度密切相关非侵袭性，标本易于获取，可动态观察敏感、易于检测(WesternBlot或ELISA法)Cytc作为CKD早期诊断的分子标志CKD早期诊断的分子靶标以“acutekidneyinjury”,“renalfailure”,“biomarker”,“toxicity”和”cytochromec”等词，在pubmed上搜索现有文献，明确Cytc作为AKI早期诊断的生物学标志。Cytc可作为AKI早期诊断的生物学标志应用Cytc作为AKI的诊断标志，可改善患者的预后Cytc是AKI早期诊断标志ExpertOpinDrugMetabToxicol.2012;8(6):655-64罗格列酮减轻蛋白尿和足细胞损伤0.00.20.40.6